Функциональный генератор Советский патент 1982 года по МПК G06G7/26 G06J3/00 

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение как программно-задающее устройство при автоматизации производственных процессов, в частности процессов испытания на прочность и выносливость объектов авиационной техники.

Известен функциональный генератор, содержащий генератор опорной частоты,, управляемый делитель частоты, счетчик, дешифратор, блок памяти функций, элементов И и ИЛИ, переключающий блок, инвертор, триггер реверса, реверсивный счетчик и выходной цифроаналоговый 1 .

Недостатком функционального генератора, позволяющего воспроизводить функции различной формы, является сложность технической реализации, определяемая необходимостью использования большого количества многовходовых элементов И и ИЛИ.

Известен также функциональный генератор, содержащий генератор опорной частоты, счетчик, дешифратор, блок памяти, преобразователь кодчастота, блок совпадения кодов, элементы И, реверсивный счетчик, элемент

задержки, выходные регистры,цифроаналоговые множительные блоки 2, Данный функциональный генератор

с позволяет воспроизводить различные функции произвольной формы, однако также отличается сложностью технической реализации, обусловленной равномерным характером разбиения функ Q ций на участки аппроксимации, а также постоянством формы сигнала на каждом из участков аппроксимации.

Наиболее близким к изобретению является генератор, содержащий два рабо.чих регистра амплитуды, подклю15ченных выходами к- входам первого и второго цифроаналоговых линейных преобразователей соответственно, причем выход первого цифроаналогового линейного преобразователя соединен

20 с первым опорным входом основного цифроаналогового функционального преобразователя, подключенного выходом к выходной шине функционального генератора , а цифровыми входами - к

25 выходам разрядов счетчика, соединенного счетным входом с выходом генератора импульсов, а выходом переполнения - с сигнальным входом блока управления и с управляющим входом вто30Еюго рабочего регистра амплитуды. подключенного информационным входом к .выходу первого рабочего регистра амплитуды, а выходом - к информационному входу блока управления, соединенного информационным и управляющим выходами соответственно с информацйонным и управляющим входами первого рабочего регистра амплитуды, причем выход второго цифроаналогово линейного преобразователя подключен ко второму опорному входу основного цифроаналогового функционального преобразователя. Блок управления вы полнен на узле запоминания, счетчик и элементах задержки 3. Недостатком этого генератора яв ляется сложность реализации гене - рирбвания произвольных функций сложной формы при обеспечении заданной точности воспроизведения функций, что обуслов ено равномерным характером разбиения функций на участке аппроксимации, а также постоянством формы на каждом из участков аппрокси мации. Цель изобретения - упрощение функ ционального генератора при сохранеНИИ заданной точности воспроизведения функций. Указанная цель достигается тем, что функциональный генератор, содержащий два рабочих регистра амплитуиы, подключенных выходами к входам первого и второго цифроаналоговых линейных преобразователей соответственно, причем выход первого цифроаналогового линейного преобразовател соединен с первым опорным входом основного цифроаналогового функциональ ного преобразователя, подключенного выходом к. выходной шине функционального генератора, а цифровыми входами - к выходам разрядов счетчика, соединенного счетным входом с выходом генератора импульсов/ а выходом йереполнения - с сигнальным входом блока управления, дополнительно сОдержит переключатели, буферный и ра бочий регистры формы, буферный и рабочий регистры длительности, буферный регистр амплитуды, регистр цикла, коммутатор формы участка и п - 1 дополнительных цифроаналоговых функциональных преобразователей (где п - количество различных форм участков аппроксимации), подключенных пер выми опорными входами к выходу перво го цифроаналогового линейного преобразователя, выходами - к выходной шине функционального генератора, а цифровыми входами - к выходам разрядов счетчика, соединенного выходом переполнения с сигнальным входом первого переключателя, подключенного управляющим входом к выходу регистра цикла, а выходом г-к управляющим входам рабочих регистров формы и дли тельности и к входу второго переключателя, выходы которого соединены с управляющими входами рабочих регистров амплитуды, подключенных информационными входами к выходу буферного регистра амплитуды, причем выход буферного регистра длительности соединен с информационным входом рабочего регистра длительности, подключенного выходом к управляющему входу генератора импульсов, а выход буферного регистра формы соединен с информационным входом рабочего регистра формы, подключенного выходом к управляющему входу коммутатора формы участков, соединенного сигнальным входом с выходом второго цифроаналогового линейного преобразователя, а выходами - с вторыми опорными входами основного и дополнительных цифроаналоговых функциональных преобразователей, причем информационные входы буферных регистров формы, длительности и амплитуды подключены к цифровым выходам блока управления, первый и второй управляющие выходы которого соединены соответственно с входом обнуления и с установочным входом регистра циклов. Кроме того,блок управления содержит счетчик адреса, узел запоминания, регистр полуциклов, узел сравнения кодов и счетчик полуциклов , счетный вход которого соединен с шиной запуска и является сигнальным входом блока управления, а кодовый выход подключен к первому входу узла сравнения кодов, соединенного вторым входом с выходом регистра полуциклов, а первым выходом - с входом обнуления счетчика полуциклов и счетным входом счетчика адреса, подключенного кодовым выходом к входу узла запоминания, выходы разрядов которого являются цифровыми выходами блока управления и соединены с информационным входом регистра полуциклов, причем первый и второй выходы узла сравнения кодов являются соответственно первым и вторЕлм управляющими выходами блока управления. Кроме этого,каждый из цифроаналоговых функциональных преобразователей содержит дешифратор, группу из m - 1 последовательно соединенных резисторов (где m - количество выходов дешифратора) и группу из m ключей, выходы.которых объединены и являются выходом цифроаналогового функционального преобразователя, а управляющие входы подключены к выходам дешифратора-, входы которого являются цифровыми входами цифроаналогового функционального преобразователя, а сигнальный вход каждого i-ro (141 га- 1) ключа соединен с входом i-ro резистора,причем сигнальный вход т-го ключа подключен к

выходу(m-i)-го резистора,а вход первого резистора и выход (т - 1)-го резистора являются соответственно первым и вторым опорным входами цифроаналогового функционального преобразователя .

На фиг. 1 изображена блок-схема, функционального генератора; на фиг.2 функциональная схема цифроаналогового функционального преобразователя; на фиг. 3 - примерный график воспроизводимой функции.

Функциональный генератор содержит два рабочих регистра 1 и 2 амплитуды, подключенных выходами к входам первого и второго цифроаналоговых линейных преобразователей 3 и 4 соответственно. Выход первого преобразователя 3 соединен с первыми опорными входами основного и (п - 1)-го дополнительных цифроаналоговых преобразователей 5 и 6 (где п - количество различных форм участков аппроксимации), подключенных выходами к выходной шине функцирнального генератора, а цифровыми входами - к выходам разрядов счетчика 7. Счетчик 7 соединен счетным, входом с выходом -енератора 8 импульсов, а выходом переполнения с сигнальным входом блока 9 управления и сигнальным входом первого переключателя 10. Переключатель 10 подключен управляющим входом к выходу, регистра 11 цикла, а выходом к управляющим входам рабочих регистров 12 и 13 формы и длительности и к входу второго переключателя Г4. Выходы переключателя 14 соединены с управляющими входами рабочих регистров i и 2 амплитуды. Регистры. 1 и 2 подключены информационными входами к выходу буферного .регистра 15 амплитуды. Выход буферного регистра 16 длительности соединен с информационным входом рабочего регистра 1 длительности, подключенного выходом к управляющему входу генератора 8 импульсов.-Выход буферного регистра 17 формы соединен с информационным входом рабочего регистра 12 формы, подключенного выходом к управляющему входу коммутатора 18 формы участков, который соединен сигнальным входом с выходом второго цифроаналогового линейного преобразователя 4, а вы- . ходами - с вторыми опорными входами основного и дополнительных цифроаналоговых функциональных преобразователей 5 и 6. Информационные входы буферных регистров 15 - 17 подключены к цифровым вьоходам блока 9 управления, первый и второй управляющие выходы которого соединены соответственно с входом обнуления и установочным входом регистра 11 цикла. Блок 9 управления может быть выполнен содержащим счетчик 19 адреса.

узел 20 запоминания, регистр 21 полуциклов, узел 22 сравнения кодов и счетчик23 полуциклов, счетный вход которого соединен с шиной 24 запуска и является сигнальным входом блока 9. Кодовый выход счетчика 23 подключен к первому входу узла 22 сравнения кодов, соединенного вторым входом с выходом регистра 21, а первым выходом -.со входом обнуления счетчика 23 и счетным входом счетчика 19 адреса. Счетчик 19 подключен КОДОВЫЛ1 выходом к входу узла 20 запоминания, выходы разрядов которого являются цифровыми выходами блока 9 управления и соединены с информационным входом регистра 21, причем первый и второй выходы узла 22 сравнения кодов являются соответственно первым и вторым управляющими выходами блока 9 управления.

Каждый цифроаналоговый функциональный преобразователь 5 или 6 может быть выполнен, например, на дешифраторе 25, группе из (т - 1)-го последовательно соединенных резисторов 26 (где m - количество выходов дешифратора 25) и группе из Ъ ключей 27, выходы которых объединены и являются выходом цифроаналогового функционального преобразовате .пя, а управляющие входы подключены к выходам дешифратора 25, входы которого являются цифровыми входами цифроаналогового функционального преобразователя. Сигнальный вход каждого i.-го (ISiiim - 1) ключа 27 соединен с входом 1-го резистора 26, а сигнальный вход щ-го ключа 27 подключен к выходу (т - 1)-го резистора 26. Вход первого и выход (mrl)го резисторов являются соответственно первым и вторым опорными входами цифроаналогового функционального преобразователя.

Функциональный генератор работает следующим образом.

На подготовительном этапе по команде Исходное положение из узла 20 . запоминания засылаются в регистр 17 код формы первого участка аппроксимации, в регистр 16 код длительности первого участка, в регистр 15 код ординаты конечной точки первого участка, а в регистр 21 число полуциклов (если участок не циклический, то число полуциклов равно единице). Регистры 1,2,12 и 13 обнулены. Таким образом, в исходном положении на выходах преобразователей 3 и 4 находятся нулевые.потенциалы, которые М поступают на выходную шину функционального генератора. Следует отметить, что длина разрядной сетки узла 20 запоминания блока 9 управления такова, что одновременно информация может быть записана в регистры 15, 16, 17 и 21 (цепь управления записью в эти регистры на блоксхеме не изображены). По команде Пуск с шины 24 информация с буферных регистров 15 17 переписывается в соответствующие рабочие регистры 1, 12 и 13. В результате этого на коммутатор 18 фор участка приходит код, обеспечивающий (посредством этого коммутатора) соединение требуемого преобразователя 5 или 6 с выходом цифроаналого вого линейного преобразовател 4, н выходе которого установлен потенци ал конечной точки первого участка аппроксимации согласно информации, записанной на регистре 2. Кроме того, сигнал Пуск приходит на счетный вход счетчика 23 полудиклов, который воспринимает ег как сигнал окончания одного участка и устанавливается в единицу.. Если участок одноразовый, то узел 22.сра нения, сравнив единицу на счетчике 23 с единицей на регистре 21, выда ет на первом выходе сигнал на четный вход счетчика 19 адреса и сбрасывает счетчик 23. Код на выходе счетчика 19 изменяется и из следующей ячейки памяти узла 20 запоминания на регистры 15, 16, 17 и 21 записывается информация о следующем участке. Если участок циклически повторяется, то узел 22 сравнения на втором выходе выдает сигналЦик приходящий на регистр 11 и запрещающий посредством Переключателя 10 передачу сигнала переполнения от счетчика 7 на регистры 12 и 13 и пе реключатель 14, вследствие этого за прещается обмен между всеми буферны ми и рабочими резист.орами, т.е. ин формация на рабочих резисторах не изменяется, что приводит к генерации циклического участка до тех пор, пока в счетчике 23 получиклов не накопится число, равное заданному числу полуциклов в регистре 21 В этом случае узел 22 сравнения на первом выходе выдает сигнал на счетчик 19 адреса 18. Циклограмма следования импульсов окончания участков команд Цикл приведена на фиг.З. Одновременно с этим сигнал Пуск включает генератор 8. Частота следования импульсов, вырабатываемых генератором, соответствует коду на выходе регистра 13. Счетчик 7 подсчитывает приходящие импульсы и фор мйрует на выходе двоичный код, соответствующий числу пришедхиих импульсов, который поступает на дешифратор 25, входящий в состав выбра ного цифроаналогов9го функционального преобразователя 5 и 6 (фиг.2), и последовательно замыкает ключи 27 в результате чего, на выходе преобразователя напряжение изменяешься ступенчато оГ нуля до напряжения исоответствующего конечной точке первого участка. Величина ступенек изменения напряжения и их количество определяются числом резисторов 26 и соотношением их номиналов. Соотношение номиналов резисторов в каждом преобразователе определяет форму участка аппроксимации (вид аппроксимирующей функции). При замыкании т-го ключа 27 счетчик 7 включается на реверс и выдает сигнал переполнения, являющийся сигналом окончания участка. Если первый участок не повторяется, то по сигналу переполнения уже готовая информация о втором участке аппроксимации из буферных регистров 15 - 17 г переписывается в регистры 1, 13 и 12. Следовательно, на выходе цифроаналогового линейного преобразователя 3 устанавливается потенциал конечной точки второго участка аппроксимации, и при реверсивном порядке включения ключей внбранног о цифроаналогового функционального преобразователя на его выходе изменяется потенциал от и..( до и., где Uj, - потенциал конечной точки второго участка аппроксимации или второго экстремума при генерации циклического участка. Кроме того, сигнал окончания участка ини- циирует работу блока 9 управления, который записывает на буферные регистры 15.- 17 параметры следующего(третьего) участка. В качестве блока управления принципиально может быть использована ЦВМ, которая по определенному алгоритму записывает на буферные регистры информацию аналогично блоку 9 управления. На фиг. 3 отрезок ОА - первый участок аппроксимации, АВ - второй, ВС -третий и т. д. Если первый (или -любой) участок функции циклический, то, как указывалось выше, потенциалы на выходах преобразователей 3 и 4 не изменяются и при прямом и обратном порядке включения ключей 27 организуется циклическое изменение сигнала на выходе функционального генератора. Таким образом, за счет варьирова ния.формы и длительности участков аппроксимации и приравнивании циклических участков функции к одному участку аппроксимации (что позволяет значительно сохранить общее число участков аппроксимации и потребный объем памяти), -предлагаемый функциональный генератор по сравнению с известным обладает более простой технической реализацией при сохранении заданной точности воспроизведения функций сложной формы. Указанные обстоятельства обусловливают возможную техниког-экономическую эффективность настоящего изобретения в частности, использование данного функционального генератора позволяет проводить широкий класс наземных испытаний, объекта авиационной, техник на базе микровычислительной техники с небольшим объемом памяти.

Формула изобретения

а выходами - со вторыми опорными входами основного и дополнительных цифроаналоговых функциональных преобразователей, причем информационные входы буферных регистров формы, длительности и амплитуды подключены к цифровым выходам блока управления, первый и второй управляющий выходы которого соединены соответственно с входом обнуления и с уста0новочным входом регистра циклов.

5 полуциклов, счетный вход которого соединен с шиной запуска и является сигнальным входом блока управления, а кодовый В1ЫХОД подключен к первому входу узла сравнения кодов, соеди0ненного вторым входом с выходом регистра полуциклов, а первым выходом - ,с входом обнуления счетчика иолуциклов и счетным входом счетчика адреса, подключенного кодовым вы5ходом к входу узла запоминания, выходы разрядов которого являются цифровыми выходами блока управления и

соединены с -информационньдм входом регистра полуциклов, причем пррвый

0 и второй выходы узла сравнения кодов являются соответственно первым и вторым управляющими выходами блока управления.

5 цифроаналогОЕЫх функциональных преобразователей содержит дешифратор, группу из m - 1 последовательно соединенных резисторов (где m - количество выходов дешифратора) и группу из

m ключей, выходы которых объединены

0 и являются выходом цифроаналогового функционального преобразователя, а управлянхдие входы подключены к выходам дешифратора, входы которого являются цифровыми входами цифроана5логового функционального преобразователя, а сигнальный вход каждого i-ro (1 i4m - I) ключа соединен с входом i-ro резистора, причем сигнальный вход т-го ключа подклю0чен к выходу (т - 1)-го резистора, а вход первого резистора и выход (mrl)го резистора являются соответственно первым и вторым опорными входами цифроаналогового функционального

5 преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0 кл. G Об G 7/26, 1979.

G 06 G 7/26, 04.04.80.

кл.

Выход

фуг. f